微機(jī)械陀螺的動(dòng)力學(xué)特性研究.pdf

1、與傳統(tǒng)陀螺相比,微機(jī)械陀螺具有體積小、重量輕、成本低等特點(diǎn),因而具有廣泛的應(yīng)用前景。在微機(jī)械陀螺的研究中,陀螺的靈敏度和分辨率的提高始終是人們追求的主要目標(biāo)。目前,有關(guān)微機(jī)械振動(dòng)式陀螺的動(dòng)力學(xué)特性測(cè)試的結(jié)果很多,而與微機(jī)械振動(dòng)式陀螺設(shè)計(jì)相關(guān)的動(dòng)力學(xué)特性的定量結(jié)果卻很少見(jiàn)。本文主要對(duì)微機(jī)械陀螺的動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行研究,采用有限元對(duì)其進(jìn)行模擬,分析其主要幾何尺寸對(duì)其固有頻率的影響。根據(jù)陀螺驅(qū)動(dòng)模態(tài)頻率和檢測(cè)模態(tài)的頻率匹配,優(yōu)化了其結(jié)構(gòu)尺寸。本論

2、文的主要工作包括:(1)建立微機(jī)械振動(dòng)式陀螺的動(dòng)力學(xué)方程,分析動(dòng)力學(xué)方程中的剛度系數(shù)以及阻尼系數(shù)。(2)微機(jī)械振動(dòng)式陀螺中靜電力的作用:給出梳狀靜電驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)力大小計(jì)算公式,分析靜電的負(fù)剛度效應(yīng)、靜電負(fù)阻尼效應(yīng)和靜電吸和現(xiàn)象。(3)進(jìn)行靜電驅(qū)動(dòng)電容檢測(cè)微機(jī)械振動(dòng)式陀螺的動(dòng)力學(xué)特性分析:根據(jù)拉哥郎日方程建立微機(jī)械陀螺的動(dòng)力學(xué)方程,分析其動(dòng)力學(xué)特性,給出其靈敏度及其線性度的計(jì)算公式,考慮諧波角速度輸入時(shí)其帶寬特性。并對(duì)不同頻率匹配下的帶寬

3、特性進(jìn)行模擬。(4)微機(jī)械陀螺中的主要誤差及噪聲分析:根據(jù)微機(jī)械振動(dòng)式陀螺的動(dòng)力學(xué)方程,分析微機(jī)械振動(dòng)式陀螺的誤差及噪聲特性,并分析殘余應(yīng)力對(duì)微機(jī)械振動(dòng)式陀螺的性能影響。(5)微機(jī)械振動(dòng)式陀螺的有限元模擬:用ANSYS對(duì)微機(jī)械振動(dòng)式陀螺進(jìn)行了模擬,并分析其主要幾何尺寸對(duì)其固有頻率的影響。根據(jù)陀螺驅(qū)動(dòng)模態(tài)頻率和檢測(cè)模態(tài)的頻率匹配,優(yōu)化其結(jié)構(gòu)尺寸。本論文通過(guò)對(duì)微機(jī)械振動(dòng)式陀螺的動(dòng)力學(xué)特性分析,得出如下結(jié)論:微機(jī)械振動(dòng)式陀螺要同時(shí)具有高的帶寬

4、和高的靈敏度性能,它的驅(qū)動(dòng)頻率應(yīng)與驅(qū)動(dòng)模態(tài)的固有頻率一致,驅(qū)動(dòng)模態(tài)固有頻率和檢測(cè)模態(tài)固有頻率必須有一定的偏差:同時(shí)它的驅(qū)動(dòng)模態(tài)和檢測(cè)模態(tài)的阻尼要盡量的小。并給出微機(jī)械振動(dòng)式陀螺的靈敏度計(jì)算公式以及非線性度的計(jì)算公式。通過(guò)有限元分析得到了微機(jī)械振動(dòng)式陀螺驅(qū)動(dòng)模態(tài)固有頻率和檢測(cè)模態(tài)固有頻率隨其主要結(jié)構(gòu)尺寸變化的規(guī)律。通過(guò)優(yōu)化陀螺的結(jié)構(gòu)尺寸,使其驅(qū)動(dòng)模態(tài)頻率和檢測(cè)模態(tài)的頻率匹配,并為結(jié)構(gòu)改進(jìn)和制備藝提供理論基礎(chǔ)。這對(duì)微機(jī)械振動(dòng)式陀螺的設(shè)計(jì)具有